«Телескоп Джеймса Уэбба открыл три активно растущие чёрные дыры в ранней Вселенной»

2 находятся почти в центре и разделены 620 световыми годами, ещё одна — в 5500 световых годах от центра

Международная команда астрономов под руководством Института внеземной физики Общества Макса Планка впервые обнаружила доказательства наличия трех активно поглощающих вещества черных дыр в одной галактике ранней Вселенной. Объект J0148-4214 расположен на красном смещении z = 5,0167: его свет достиг Земли около 12,5 миллиардов лет назад, поэтому астрономы видят галактику такой, какой она была примерно через 1,2 миллиарда лет после Большого взрыва. Две черные дыры находятся в центральной области и разделены в проекции всего 620 световыми годами, в то время как третья расположена на краю галактики, примерно в 5500 световых годах от центра.

Все три объекта активно поглощают окружающее вещество из аккреционных дисков. Их обнаружили благодаря широким спектральным линиям Hα — излучению водорода, атомы которого движутся с очень высокой скоростью в сильном гравитационном поле черных дыр.

Центральная часть галактики показала сложный профиль спектральных линий, который наилучшим образом объясняется наличием двух близких источников. Обычная спектроскопия не позволила бы их разделить, поэтому команда применяла NIRSpec-IFU — спектрограф космического телескопа «Джеймс Уэбб», который способен получать спектр сразу нескольких отдельных участков. С помощью спектроастрометрии (метода, позволяющего определить положение источника по небольшим пространственным смещениям спектральных линий) астрономы смогли разделить две центральные области, хотя сами черные дыры не наблюдались как два отдельных точечных объекта. Третья широкая область излучения Hα была выявлена значительно дальше от центра.

Оценка масс показала примерно 80 миллионов, 600 тысяч и 2 миллиона солнечных масс соответственно. При этом наиболее массивная черная дыра поглощает вещество медленнее, чем соседняя, масса которой составляет около 600 тысяч солнечных масс. Последняя, наоборот, активно накапливает массу и, согласно расчетам, даже превышает предельный темп аккреции, установленный пределом Эддингтона — максимальной скоростью устойчивого роста черной дыры, при которой давление излучения от падающего вещества не препятствует дальнейшему притоку газа.

Общая масса звезд в J0148-4214 оценивается примерно в 1,3 миллиарда солнечных масс, поэтому массы найденных черных дыр составляют значительную долю массы всей звёздной компоненты галактики.

Эта система предоставляет редкое свидетельство того, как могли формироваться массивные черные дыры в ранней Вселенной. Согласно моделям эволюции галактик, молодые галактики часто сближались и объединялись, и их центральные черные дыры в результате взаимодействий также могли сближаться и сливаться. В J0148-4214 две центральные черные дыры уже находятся достаточно близко и могут слиться в течение следующих нескольких сотен миллионов лет. Третья черная дыра может быть остатком предыдущего слияния, смещенным от центра «гравитационной отдачей». Если она действительно продолжает приближаться к центру, то в будущем вся система может пережить еще одно слияние.

Авторы подчеркивают, что открытие такой тройной системы поддерживает гипотезу о распространенности множественных массивных черных дыр в ранних галактиках. Ключевым аспектом оказался именно пространственно разрешенный анализ NIRSpec-IFU: без него в спектре J0148-4214, вероятно, удалось бы выявить только одну черную дыру. Более детальные наблюдения позволят уточнить динамику системы и природу третьего объекта.